DE102010052403A1

DE102010052403A1 - Device for cultivation and reproduction of aquatic plants in partially closed bioreactor, comprises trays, which are stacked over each other in floors that are placed in rack arrangement

Info

Publication number: DE102010052403A1
Application number: DE102010052403A
Authority: DE
Inventors: Hermann-Josef Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-05-24

Abstract

The device comprises trays, which are stacked over each other in floors that are placed in a rack arrangement (2), in which two adjacent rack rows run inclined upwards in opposite direction. The total width or length of the bioreactor results an alternating exchange of rack extensions that are headed to one another upwards and are separated from each other. The automatic flow is mixed with carbon dioxide rich air fed to the bioreactor. The diffused light scattering medium comprises reflecting metal or plastic strip. The water-glycerol mixture flows through the tubes of the rack arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vermehrung aquatischer Pflanzen gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for propagating aquatic plants according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 10 2008 050 974 A1 ist ein Bioreaktor bekannt in Form eines geschlossenen CO2-begasten Gewächshauses mit in Etagen aufgestapelten Aquakulturflächen. Dabei sind in den Aquakulturen mixotrophe Schwachlichtpflanzen angelegt, die lediglich nur ein photonische Anregung benötigen, aber den gesamten Wachstumsprozess nicht mehr nur aus Photosynthese, sondern gemäß der genannten mixitrophen Eigenschaft erhebliche Energieanteile aus biochemischen Prozessen gewinnen. Da diese Schwachlichtpflanzen somit keine Voll-Exposition zum Sonnenlicht mehr brauchen, ist es möglich auf solche aquatischen Pflanzen, wie bspw Lemnacea die vorhandene Lichtmenge zu verteilen, und somit die Aquakulturen zu stapeln. Auf diese Weise ist es nun möglich, dass auf einer gegebenen Grundfläche des Bioreaktors (Gewächshauses besonderer Art, nämlich hermetisch abschließbar mit geschlossenen Gas und Stoffzyklen) nun ein Vielfaches der Grundfläche als Aquakulturfläche kompakt unterzubringen.From the DE 10 2008 050 974 A1 is a bioreactor known in the form of a closed CO2 fumigated greenhouse with stacked in aquaculture areas. In the aquaculture mixotrophic Schwachlichtpflanzen are created that require only a photonic excitation, but win the entire growth process not only from photosynthesis, but according to the said mixitrophen property considerable energy components from biochemical processes. Since these low-light plants therefore no longer need full exposure to sunlight, it is possible to distribute the amount of light available to such aquatic plants, such as Lemnacea, and thus to stack the aquacultures. In this way, it is now possible to compactly accommodate a multiple of the base area as an aquaculture surface on a given base area of the bioreactor (greenhouse of a special kind, namely hermetically sealable with closed gas and material cycles).

Von dieser an sich vorteilhaften Ausgestaltung ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Enrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, dass es zu einer möglichst guten Lichtverteilung durch alle Etagen hindurch kommt, derart, dass auch die unteren Etagen noch so viel Licht bekommen, wie die Schwachlichtpflanzen zur Stimulation benötigen.Starting from this advantageous embodiment, the invention is based on the object to improve an environment of the generic type in that it comes to the best possible light distribution through all floors, such that even the lower floors get as much light as need the low light plants for stimulation.

Die gestellte Aufgabe ist bei einer Einrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The stated object is achieved according to the invention in a device of the generic type by the characterizing features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Kern der Erfindung ist hierbei, dass die in Etagen übereinander gestapelten Wannen in einer Stellagenanordnung platziert sind, bei welcher jeweils zwei benachbarte Stellagenreihen jeweils gegenläufig schräg nach oben verlaufen, derart, dass jeweils zwei Stellagen samt der darauf platzierten Wannen nach oben aufeinanderzulaufend angeordnet sind, und dass solche Zweiergruppen von Stellagen parallel nebeneinander aufgestellt sind, in der Weise, dass über die Gesamtbreite des Bioreaktors sich ein alternierender Wechsel von nach oben aufeinanderzulaufenden und sich voneinander entfernenden Stellagenverläufe ergibt. So ergibt sich über die Breite abwechselnd jeweils zwei nach oben aufeinander zulaufende Stellagen und daneben wieder zwei nach oben auseinanderlaufende Stellagen. So entstehen abwechselnd kaminartige, nach oben verjüngende Zwischengänge, und dann wieder nach sich erweiternde Zwischengänge. Die sich nach oben verjüngenden Zwischengänge bilden zugleich eine gute Kaminwirkung, bei einer Bioreaktorhöhe von 10 bis 20 metern. Damit wird eine gute und stete CO₂-Durchmischung im Bioreaktor erreicht. CO₂ ist Energierohstoff für die aufschwimmenden aquatischen Pflanzen, und da dies schwerer als Luft ist, würde dies immer absinken. Die Kaminwirkung trägt das CO₂ stärker auch in die oberen Stellagen, weil ansonsten das eingespeiste CO₂, weil es schwerer ist als Luft, sich unten sammeln würde, und oben verarmen würde. Dadurch, dass extrem schnellwüchsige Biomasse generiert wird, muss auch entsprechend viel CO₂ immer nachgeführt werden, da der Biomassenertrag direkt abhängig ist von einer hohen CO₂-Dauerdosis. Dies insbesondere unter dem Aspekt des mixotrophen Wachstums.Core of the invention here is that the stacked in floors trays are placed in a rack arrangement in which two adjacent rows of racks each opposite to run obliquely upward, such that two racks together with the placed thereon trays are arranged towards each other upwards, and that such groups of two of racks are placed side by side in parallel, in such a way that over the entire width of the bioreactor there is an alternating alternation of upwardly converging and mutually removing Stellagenverläufe. Thus, over the width alternately results in two mutually upwardly converging shelves and next to two upwardly diverging shelves. The result is an alternation of chimney-like, upwardly tapering intermediate passages, and then, again, expanding intersections. The upwardly tapering intermediate passages also form a good chimney effect, with a bioreactor height of 10 to 20 meters. This achieves good and constant CO ₂ mixing in the bioreactor. CO ₂ is an energy resource for the floating aquatic plants, and since this is heavier than air, it would always fall. The chimney effect carries the CO ₂ more in the upper levels, because otherwise the fed CO ₂ , because it is heavier than air, would collect below, and impoverished above. Due to the fact that extremely fast-growing biomass is generated, a corresponding amount of CO ₂ must always be tracked, since the biomass yield is directly dependent on a high CO ₂ -durge dose. This in particular under the aspect of the mixotrophen growth.

Mit der erfindungsgemäßen Lehre werden mehrere Effekte kummulativ erzielt.With the teaching of the invention several effects are achieved cumulatively.

So wird zum einen aufgrund der durch die gestapelten Wasserkulturen hochbauenden Wasserlast eine günstige Aussteifung und Stabilität durch die geneigten Flanken erzielt. Zum anderen wird bei großen CO2-Mengen resobierendem Massenwachstum das CO2 durch Kaminwirkung gut und stetig verteilt. Ferner erfolgt ein hoher effektiver Lichteintrag bei vergleichsweise hoher Packungsdichte, von bis zu 5 Etagen pro Meter in der Höhe, oder sogar mehr. Auch hierbei sei nochmals darauf hingewiesen, dass es sich bei den so kulturvierten aquatischen Pflanzen um Schwachlichtpflanzen handelt (wie Bspw lemnacea) die ihren Energieientrag mixitroph gestalten, also nicht ausschließlich photonisch, sondern auch biochemisch.On the one hand, due to the water load built up by the stacked water cultures, a favorable stiffening and stability is achieved by the inclined flanks. On the other hand, with large amounts of CO2 resorbing mass growth, the CO2 is well and steadily distributed by chimney effect. Furthermore, there is a high effective light input at comparatively high packing density, up to 5 floors per meter in height, or even more. Here, too, it should be pointed out once again that the aquatic plants thus cultured are low-light plants (such as lemnacea) which make their energy contribution mixitrophic, ie not exclusively photonically, but also biochemically.

Ferner wird bei dieser Anordnung zugleich erreicht, dass Serviceschächte entstehen, die begehbar sind.Furthermore, this arrangement also ensures that service shafts are created that are accessible.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass jeweils die beiden nach oben aufeinander zulaufenden Stellagen ein zusammenhängendes, aus Tragelementen versehenen Trägersystem sind, und dass der sich zumindest unten ergebende Abstand zwischen den beiden schrägen Flanken einen sich über die Tiefe der Stellagenreihe erstreckenden begehbaren Servicegang ergibt. So bildet der Abstand zugleich auch jeweils eine gute Begehbarkeit des Reaktors bei gleichzeitig maximaler Aquakulturfläche.In an advantageous embodiment, it is stated that in each case the two mutually upwardly converging shelves are a coherent carrier system provided with carrier elements, and that the resulting at least below distance between the two sloping flanks results in an over the depth of the row of rows extending walkable service gear. Thus, the distance also forms a good walkability of the reactor at the same time at the same time maximum aquaculture.

Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass zwischen den Stellagenreihen nach oben als Aufwindtürme und zugleich zur statischen Ausstützung der Stellagenanordnung wirkende vertikale Kamine angeordnet sind, über welche es zu einer zusätzlich kanalisierten selbsttätigen Durchströmung und Durchmischung mit CO₂-reicher dem Bioreaktor zugeführter Luft kommt.Furthermore, it is advantageously designed that vertical chimneys acting between the row of racks upwards as Aufwindtürme and at the same time for the static support of the rack assembly are arranged, via which it to a additionally channeled automatic flow through and mixing with CO ₂ -rich air supplied to the bioreactor.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist, dass die Tragelemente des Trägersystems aus Profilträger, wie T- oder Doppel-T-Trägern bestehen.An advantageous embodiment is that the support elements of the carrier system consist of profile carrier, such as T or double T-beams.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist, dass die Tragelemente des Trägersystems aus Rohren bestehen.A particularly advantageous embodiment is that the support elements of the carrier system consist of tubes.

Aufgrund der hochbauenden Anordnung einer solchen Stellagenanordnung entsteht bei Aquakulturen in den gestapelten Wannen eine in die Höhe gebaute Wasserlast.Due to the highly constructive arrangement of such a rack arrangement arises in aquacultures in the stacked tubs built into the height of water load.

Damit bestehen hohe Anforderungen an die Statik.This makes high demands on the statics.

Gleichzeitig müssen große Kulturflächen mit hoher Stapeldichte angelegt werden, um maximalen Biomassenertrag zu generieren. Aus diesen Anforderungen ist die Konstruktion der Stellagen zum Stapeln der Wasserwannen mit Hilfe von Rohren sehr vorteilhaft, in Bezug auf hohe Statik bei preiswerter Bauweise.At the same time, large crop areas with high stack density must be created to generate maximum biomass yield. From these requirements, the construction of the racks for stacking the water pans using pipes is very advantageous in terms of high statics at low cost construction.

Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass die zur Stützung der Wannen notwendigen Querträger mittels Rohrschellen am Rohr-Trägersystem befestigt werden. Die Tatsache, dass die Flanken der Stellagen schräg aufgestellt sind, die Querträger für die Wasserwannen aber exakt horizontal sein müssen, ergeben sich Kipp-Kräfte zwischen Rohrschelle und Stellage, die eine enorme starre und gute rutschgesichere mechanische Verbindung ergeben. Ein weiterer mechanischer Effekt tritt damit vorteilhaft in Erscheinung. Wenn dieses System hochbauend eingesetzt wird, d. h. bis 20 meter oder mehr, dann wird durch die leichte Verkantung der Rohrschelle zum Rohr eine lokale mechanische Spannung dort in das Rohr eingebracht. Dieser so gebildete Spannungsknoten im Rohr versteift die Konstruktion erheblich, weil diese Spannungsknoten sich in regelmäßigen Abständen nach oben fortsetzen. Dies ist der Stabilitätsstruktur eines Weizenhalms nachempfunden, weil dieser sein Stabilität ebenfalls auch regelmäßigen Knoten erhält.Furthermore, it is advantageously designed that the necessary for supporting the tub cross members are secured by means of pipe clamps on the pipe support system. The fact that the flanks of the racks are placed at an angle, but the crossbeams for the water pans but must be exactly horizontal, there are tilting forces between pipe clamp and rack, resulting in an enormous rigid and good non-slip mechanical connection. Another mechanical effect thus appears advantageous. If this system is used in a high building, d. H. up to 20 meters or more, a slight mechanical tension is introduced into the pipe by slightly tilting the pipe clamp to the pipe. This voltage node formed in the tube stiffens the construction considerably, because these stress nodes continue at regular intervals upwards. This is modeled on the stability structure of a wheat straw, because its stability also receives regular knots.

Auch dieser Aspekt ist bei dem erfindungsgemäßen Bioreaktor eine konsequente bionische Anwendung.This aspect too is a consistent bionic application in the bioreactor according to the invention.

In weiterer vorteilhafte Ausgestaltung ist angegeben, dass die einzelnen Etagen so zueinander angeordnet sind, dass jeweils zwei benachbarte Etagen auf unterschiedlicher Höhe zueinander liegen. So kommt es zu einem erheblich günstigeren Lichteinfall, als wenn die benachbarten Etagen jeweils auf gleicher Höhe wären.In a further advantageous embodiment, it is indicated that the individual floors are arranged to each other so that in each case two adjacent floors lie at different heights to each other. So it comes to a much more favorable light incidence, as if the adjacent floors would each be at the same height.

Da der effizienten Lichtverteilung im Bioreaktor die auschlaggebende Bedeutung zukommt, bewirkt die Summe solcher kleinen Effekte eine deutliche Effizienzsteigerung.Since the efficient distribution of light in the bioreactor is of paramount importance, the sum of such small effects causes a significant increase in efficiency.

Optimal ist, wenn der Höhenversatz jeweils der halbe Abstand zweier übereinander gestapelter Wannen ist.It is optimal if the height offset is in each case half the distance between two stacked trays.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Wannen ansonsten die gleiche Breite aufweisen.In a further advantageous embodiment, it is stated that the troughs otherwise have the same width.

Dadurch, dass die Flanken entsprechend geneigt sind, und auch die Wannen gleich breit sind, folgen auch die vorderen Ränder der Wannen derselben Neigung und es wird so einer übermäßigen Abschattung entgegen gewirkt.The fact that the flanks are inclined accordingly, and also the tubs are the same width, also follow the front edges of the tubs of the same slope and it is thus counteracted excessive shading.

Weiterhin ist ausgestaltet, dass zwischen mindestens zwei der übereinandergestapelten Wannen Kunstlichtquellen auch zur nächtlichen oder zusätzlichen Stimulation der Pflanzen angeordnet sind, und dass diese in der Wellenlänge derart varierbar sind, dass aus dem über Lichtsensoren gemessenen Reflexionsgrad die jeweils von der jeweiligen aquatischen Pflanzensorte bevorzugt absorbierte Wellenlänge automatisch ermittelt, und so über eine Steuereinrichtung automatisch auswähl-, bzw einstellbar ist. Beim Einsatz aquatischer Kulturen, bspw Schwachlichtpflanzen wie Lemnacea, führt diese Stimulation zur vorteilhaften Reifung gewünschter Inhaltsstoffe. Hierzu wird aber kein gesamtes Mischlicht (Weißlicht) benötigt, sondern nur ausgewählte Wellenlängen.Furthermore, it is configured that between at least two of the stacked wells artificial light sources are also arranged for nocturnal or additional stimulation of the plants, and that they are variable in the wavelength such that from the measured via light sensors reflectance each of the respective aquatic plant species preferably absorbed wavelength automatically determined, and so automatically selectable or adjustable via a control device. When using aquatic cultures, such as low light plants such as Lemnacea, this stimulation leads to the advantageous maturation of desired ingredients. For this, however, no entire mixed light (white light) is needed, but only selected wavelengths.

Eine diesbezügliche Ausgestaltung ist, dass neben den bevorzugten Wellenlängen auch noch ein Mischanteil von 5% bis 20% Weißlicht zuführbar ist. Dies führt zu einem positiven Effekt und einem gut ausgeprägten Inhaltsstoffspektrum der Lemnacea.A related embodiment is that in addition to the preferred wavelengths also a mixing ratio of 5% to 20% white light can be fed. This leads to a positive effect and a well-defined ingredient spectrum of Lemnacea.

Um eine weitere Verbesserung der Lichtverteilung zu erreichen ist ausgestaltet, dass zumindest die Unterseiten der Wannen aus einer zumindest diffus reflektierenden Oberfläche besteht.In order to achieve a further improvement in the light distribution, it is configured such that at least the undersides of the troughs consist of an at least diffusely reflecting surface.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass diffuse Lichtstreumittel zwischen den Stellagen von oben nach unten hängend platziert sind, welche aus einem in ein grobes offenes Gewebe eingenähte diffus reflektierende Metall- oder Kunststoffstreifen bestehen.In a further advantageous embodiment, it is stated that diffuse light scattering means are placed suspended between the shelves from top to bottom, which consist of a diffusely reflecting metal or plastic strip sewn into a coarse open fabric.

Dies ist erheblich einfach, und außerdem leicht. Dadurch, dass diese Bänder oder Gewebe von oben nach unten hängen, ergibt sich durch die Thermik innerhalb eines großen und hochbauenden Bioreaktors eine stete selbsttätige Bewegung dieser Lichtstreumittel, wodurch es zu einer guten Streulichtverteilung kommt.This is simple, and easy. The fact that these tapes or fabrics hang from top to bottom is due to the thermics within a large and highly constructive Bioreactor a constant self-motion of these light scattering agents, resulting in a good distribution of scattered light.

Eine besonders effektive Ausgestaltung besteht darin, dass Reflexionsspiegel vorgesehen sind, die auf dem Bioreaktor, oder innerhalb des Bioreaktors zumindest oben platziert sind und optisch mit den Reflexionsmitteln korrespondieren. So ergibt sich eine effektive Lichtverteilung im Bioreaktor.A particularly effective embodiment is that reflection mirrors are provided, which are placed on the bioreactor, or within the bioreactor at least above and correspond optically with the reflection means. This results in an effective light distribution in the bioreactor.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die vertikalen Abstände der Wannen (Etagen) zueinander unten größer ist als oben. So wird der Tatsache Rechnung getragen, dass bei sehr hochbauenden Bioreaktoren unten weniger Licht ankommt als oben. Daher kann unten weniger Licht verteilt werden als oben und die Etagen sind unten weiter beabstandet als oben.In a further advantageous embodiment it is indicated that the vertical distances of the troughs (floors) to each other below is greater than above. Thus, the fact is taken into account that with very high-building bioreactors down less light arrives than above. Therefore, less light can be distributed below than at the top, and the floors are spaced farther down than above.

In letzter ganz erheblicher Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Rohre der Stellagenanordnung innen mit Wasser und/oder Gas zur Kühlung und Heizung des Bioreaktors durchströmt sind, und dass im Falle des Heizbetriebes hierzu Niedertemperaturabwärme eingesetzt wird. Das Wasser kann auch mit Frostschutzmitteln oder Glycerin vermischt sein. Dies ist vo erheblichem Vorteil für diese Art Stellagen-Bioreaktor. Der Grund dafür ist der, dass die dichte, aber lichtreduzierte Kultivierung der genannten aquatischen Kulturen nur möglich ist, wenn die mixotrophe Energiebilanz für die Biomasseproduktion stimmt. Hierbei spielt die Energiekomponente WÄRME neben Düngung und CO2-Zufuhr ein zentrale Rolle. Niedertemperaturabwärme im Bereich von 25 bis 50°C ist energetisch nicht mehr direkt verwertbar. In dem genannten Bioreaktor ist dies aber hochwertvolle Wärme auf genau dem richtigen Temperaturniveau, und dient bei diesen mixotrophen Kulturen als einer der benötigten Enrgiebeiträge zur biologischen bzw biochemischen Produktion von Biomasse.In the last quite significant embodiment, it is provided that the tubes of the rack assembly are internally flowed through with water and / or gas for cooling and heating of the bioreactor, and that in the case of heating operation for this low-temperature waste heat is used. The water may also be mixed with antifreeze or glycerine. This is a considerable advantage for this type of rack bioreactor. The reason for this is that the dense, but lightly reduced cultivation of the mentioned aquatic cultures is only possible if the mixotrophic energy balance is correct for biomass production. Here, the energy component HEAT plays a central role in addition to fertilization and CO2 supply. Low-temperature waste heat in the range of 25 to 50 ° C is energetically no longer directly usable. In the bioreactor mentioned, however, this is high-grade heat at just the right temperature level, and serves in these mixotrophic cultures as one of the required contributions to the biological or biochemical production of biomass.

Mittels dieser erheblich vorteilhaften Ausgestaltung wird genau diese Wärme direkt an die Aquakulturen gebracht, indem so gewärmtes Wasser oder Gas oder Gas-Wasser-Gemisch direkt durch die Stellagenrohre geleitet wird. Diese koppeln über die Metallverbindungen direkt an die Wannnen an und wärmen so stetig das Kulturwasser darin.By means of this considerably advantageous embodiment, exactly this heat is brought directly to the aquacultures, by so warmed water or gas or gas-water mixture is passed directly through the Stellagenrohre. These couple via the metal compounds directly to the Wannnen and warm so constantly the culture water in it.

Somit ist die so gesteuerte Heizung mit in die Stellagen integriert, was Wärmeverluste reduziert.Thus, the so controlled heating is integrated with the racks, which reduces heat losses.

Die Quelle für Niedertemperaturabwärme sind Biomasseverwertungen wie Biogasanlagen, Bioethanolanlagen, Abwasserbehandlunganlagen, Energieerzeugungslagen, chemische Anlagen, die vorzugsweise mit der im Bioreaktor erzeugten Biomasse gespeist werden. So entstehen nicht nur geschlossene Stoffkreisläufe, sondern auch geschlossene Wärmekreisläufe und -ankopplungen.The source of low-temperature waste heat is biomass utilization such as biogas plants, bioethanol plants, wastewater treatment plants, energy production sites, chemical plants, which are preferably fed with the biomass generated in the bioreactor. This not only produces closed material cycles, but also closed heat circuits and couplings.

Durch das selbe Rohr-Stellagensystem kann im Hochsommer wiederum mit dem so erstellen Wasserkreislauf auch auf eine möglichst gleiche Temperatur gekühlt werden. Bspw wird sich die Spitze des Reaktors durch Sonneneinstrahlung auf bis zu 50°C aufheizen, während die Kulturen unten auf kaum mehr als 20°C liegen. Eine Zirkulation von Wasser und/oder Gas durch die Rohre von unten nach oben und umgekehrt führt dann zu einer Kühlung der oberen Stellagen und einer Anwärmung der unteren Stellagen auf möglichst einheitlich 30°C im Mittel, was für Lemnacea die optimale Temperatur ist. Zusätzlich kann anfallende übermäßige Wärme auch noch zur Beheizung von Fischbecken oder Gebäuden verwendet werden.By the same pipe-Stellagensystem can be cooled in the summer with the water cycle thus created in the same temperature as possible. For example, the top of the reactor will heat up to 50 ° C by solar radiation, while the bottom of the reactor will be at little more than 20 ° C. A circulation of water and / or gas through the tubes from bottom to top and vice versa then leads to a cooling of the upper levels and a warming of the lower levels to a uniform as possible 30 ° C on average, which is the optimal temperature for Lemnacea. In addition, excessive heat can also be used to heat fish tanks or buildings.

Zu weiteren Aussteifung und Begehbarkeit der hockbauenden Stellagenanordnung können auch quer verlaufendende Inspektionsgänge in der Höhe vorgesehen werden.To further stiffening and walkability of the hockbauenden rack arrangement and transverse inspection aisles in height can be provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and described in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1: Seitenansicht auf eine nach hinten fluchtende Anordnung von Stellagen 1 : Side view of a rear-aligned arrangement of racks

2: Draufsicht auf Anordnung nach 1 2 Image: Top view on line 1

3: Anordnung von übereinander angeordneten Wannen mit integriertem Kunstlichtsystem 3 : Arrangement of stacked trays with integrated artificial light system

4: Anordnung zur Bestimmung der geeigneten Wellenlänge bei biogener Maximalabsortion 4 : Arrangement for determining the suitable wavelength at biogenic Maximalabsortion

1 zeigt eine Anordnung in Seitenansicht auf eine nach hinten laufende Stellagenanordnung. Hierbei sind lediglich 2 Stellagen repräsentierend parallel platziert. 1 shows an arrangement in side view of a rear-running rack assembly. Here are only 2 Stands representing placed in parallel.

Diese Stellagen füllen einen Bioreaktor, der aus einem hermetisch abschließbaren, mit CO₂ begasbaren Gewächshaus besteht. Dies Hülle ist hierbei nicht weiter dargestellt.These shelves fill a bioreactor that consists of a hermetically sealed, greenhouse gasifable with CO ₂ . This case is not shown here.

Die Stellagen 2 haben dabei geneigte Flanken. Dabei sind sie so zusammengestellt, dass die Flankenneigung von links nach rechts gesehen alternierend ist. So entstehen ganz spezifische Schachtformen. Die erste Schachtform A erweitert sich nach oben und die zweite Schachtform B verjüngt sich nach oben. Diese haben unterschiedliche Funktionen. Die erweiternden Schachtformen A dienen als Lichteinfallsschächte, während die verjügenden Schachtformen B eine Kaminwirkung in die Höhe haben. Um einen gesamten Reaktor zu füllen sind die Stellagen alterniernd in dieser Weise fortgesetzt, von links nach rechts gesehen, wechseln sich die Schachtformen somit fortwährend ab. So kommt auch für Schwachlichtpflanzen ausreichend Licht hineien, was wiederum ein höhere Packungsdichte in Konsequenz hat, als wenn die Schächte in die Höhe gerade, d. h. senkrecht zum Boden verlaufen würden.The racks 2 have inclined flanks. They are put together in such a way that the edge inclination, viewed from left to right, is alternating. This creates very specific manhole shapes. The first manhole shape A widens upwards and the second manhole shape B tapers upwards. These have different functions. The widening manhole forms A serve as light incident shafts, while the verjügenden shaft shapes B have a chimney effect in the air. In order to fill an entire reactor, the shelves are alternately continued in this manner, seen from left to right, the shaft shapes thus alternate continuously. Thus, enough light comes in also for low-light plants, which in turn has a higher packing density in consequence than if the shafts were straight in height, ie perpendicular to the ground.

Im rechten Bildteil sind nur einige Quertraversen 6' und 6'' zum Auflegen flacher Wasserwannen als Kulturflächen zu sehen.In the right part of the picture are only a few crossbeams 6 ' and 6 '' to see laying flat water tubs as cultural areas.

Wichtig ist hierbei, um die Lichtverteilung weiter zu optimieren, dass die linke Quertraverse 6' auf einer anderen Höhe liegt als die rechte Quertraverse 6''. Der Höhenversatz 5 beträgt etwa der halbe Stapelabstand. So erfolgt ein seitlicher Streulichteinfall ohne zusätzliche Abschattung. Zusätzlich sind die Unterseiten der Wannen noch mit Licht streuenden Oberflächen versehen.It is important here to further optimize the light distribution that the left crosshead 6 ' at a different altitude than the right crossbar 6 '' , The height offset 5 is about half the stack spacing. Thus, there is a lateral scattered light incidence without additional shading. In addition, the undersides of the tubs are still provided with light-scattering surfaces.

Der Detailkreis zeigt die Verbindung zwischen aufrechtem Rohr der Stellage, und der Quertraverse. Diese Verbindung erfolgt über Rohrschellen. Der Vorteil von Rohrschellen ist, dass sich beim Aufbau die Höhen variieren lassen, weil erfindungsgemäß unten, dort wo weniger Licht ankommt die Abstände von Etage zu Etage größer eingestellt werden als oben, wo mehr Licht zur Verfügung steht. Diese Maßnahme tendiert dann dem ungünstigen Verteilungseffekt entgegen zu wirken.The detail circle shows the connection between the upright tube of the rack, and the crossbar. This connection is made via pipe clamps. The advantage of pipe clamps is that the heights can be varied during construction, because according to the invention below, where less light arrives, the distances from floor to floor are set larger than at the top, where more light is available. This measure then tends to counteract the unfavorable distribution effect.

Die Benutzung von Rohrschellen hat aber in Bezug auf die leichte Neigung in den Flanken der aufrecht stehenden Rohre 3 die Wirkung, dass diese leicht verkanten, weil die Quertraverse 6 und das Rohr 3 nicht ideal senkrecht aufeinander stehen. Durch diese gewollte leichte Verkantung bei der Befestigung entsteht auch bei Benutzung einer Rohrschelle eine enorme Stabilität und die Rohrschelle 7 samt Quertraverse 6 ist an einem allmählichen Abrutschen nach unten gehindert.However, the use of pipe clamps has in relation to the slight inclination in the flanks of the upright tubes 3 the effect that these tilt slightly, because the crossbar 6 and the pipe 3 not ideally perpendicular to each other. Through this intentional slight tilting in the attachment creates an enormous stability and the pipe clamp even when using a pipe clamp 7 including crossbar 6 is prevented from gradually slipping down.

Darüber hinaus zeigt 1 noch, dass zumindest die aufrecht stehenden Rohre mit Wasser oder Wasser-Gas Gemisch oder Gas durchströmt werden, welche die Niedertemperaturabwärme aus den genannten Prozessen in dieses Stellagensystem einspeist. So wird das Stellagensystem selbst zu einem Heizkörper. In den Stellagen sind dann die Kulturwannen platziert, die diese Wärme durch Wärmeleitung aufnehmen. Eine Durchströmung von unten nach oben und umgekehrt bringt so zumindest im Winterbetrieb so nutzbare Abfallwärme in den Bioreaktor mit ein. Außerdem führt es auch zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur im Sommerbetrieb des Bioreaktors, in der die Spitze bis zu 50°C heiss wird und unten nur 20°C vorliegen. Hierzu kann das Kühl- oder Heizmittel dann entlang der Pfeile (mit schwarzen Pfeilspitzen) auch im Kreislauf geführt werden. Durch die Durchströmung erfolgt oben eine Kühlung und unten ein Temperaturanhebung auf vorzusweise im Mittel 30°C, was der optimale Energieeintrag zur Mixotrophie der aquatischen Schwachlichtkulturen ist.In addition, shows 1 nor that at least the upright tubes are traversed with water or water-gas mixture or gas, which feeds the low-temperature waste heat from the processes mentioned in this Stellagensystem. This makes the positioning system itself a radiator. In the shelves then the culture tubs are placed, which absorb this heat by heat conduction. A flow from bottom to top and vice versa brings so at least in winter operation so usable waste heat in the bioreactor with a. In addition, it also leads to a homogenization of the temperature in the summer operation of the bioreactor, in which the tip is up to 50 ° C hot and below only 20 ° C are present. For this purpose, the cooling or heating medium can then be guided along the arrows (with black arrowheads) in the circuit. By the flow is above a cooling and below a temperature increase to vorzusweise on average 30 ° C, which is the optimal energy input to the mixotrophy of aquatic low light cultures.

2 zeigt die Anordnung gemäß 1 in Draufsicht. 2 shows the arrangement according to 1 in plan view.

Das gesamte System besteht somit aus Rohren. Rohre haben den Vorteil leichtbauend und dennoch stabil zu sein.The entire system thus consists of tubes. Tubes have the advantage of being lightweight and yet stable.

Außerdem sind die Stellagen durch die Verwendung von Rohrschellen in der Höhe verstellbar. Aus Übersichtsgründen sind in dieser Darstellung nicht die Wannen gezeigt.In addition, the levels are adjustable by the use of pipe clamps in height. For clarity, the troughs are not shown in this illustration.

In den mittleren Schächten B sind hierbei zusätzlich Aufwindrohre senkrecht in die Struktur implementiert und bilden statisch eine weitere vertikale Versteifung und verstärken die Kaminwirkung zur Umwälzung von tendenziell nach unten absinkendem CO₂ wieder nach oben.In the middle shafts B in this case additional wind-up pipes are vertically implemented into the structure and form a further vertical stiffening statically and reinforce the chimney effect for the circulation of CO ₂ which tends to sink downwards upwards again.

3 zeigt exemplarisch mehrere übereinander gestapelte Wannen 4. An den zur jeweils nach unten weisenden Wannenunterseite können Kunstlichtsysteme 10 platziert sein, wie bspw energiearme Leuchtdioden, mit deren Hilfe die Aquakulturen zustätzlich mit Kunstlicht spezifischer Wellenlängen stimuliert werden können, um bspw ganz bestimmte gewünschte Inhaltsstoffe zu generieren. Hierbei sind, um dies möglichst effizient zu bewirken auch Photosensoren 11 so platziert, dass sie das von den Aquakulturpflanzen reflektierte Licht erkennen. 3 shows an example of several stacked trays 4 , Artificial light systems can be attached to the lower side of the bath 10 be placed, such as low-energy light emitting diodes, with the help of which the aquacultures can be additionally stimulated with artificial light specific wavelengths to generate, for example, very specific desired ingredients. In order to do this as efficiently as possible also photosensors 11 placed so that they recognize the light reflected by the aquaculture plants.

Sowohl die Wellenlängensteuerung des Kunstlichtsystems, als auch die Photosensorik werden über ein intelligentes Steuerungssystem 10 verbunden, wie dies 4 zeigt.Both the wavelength control of the artificial light system and the photosensors are controlled by an intelligent control system 10 connected, like this 4 shows.

Die Unterseiten der Wannen können zur effizienten Streulichterzeugung und -relexion mit streulichtreflektierenden Oberflächen 8 versehen sein.The undersides of the tubs can be used for efficient scattered light generation and reflection with stray light reflecting surfaces 8th be provided.

Dies kann bspw bei der Verwendung von gewalzten Aluminium allein durch die Oberfläche des so behandelten Wannenmaterials einfach bewerkstelligt werden.This can easily be accomplished, for example, with the use of rolled aluminum alone through the surface of the tub material thus treated.

4 zeigt den regelungstechnischen Zusammenhang. As Kunstlichtsystem 9 wird über die Steuerung 10 in der Wellenlänge λ variiert. Von der jeweils eingestrahlten Wellenlänge abhängig wird der Sensorwert des Photosensors erfasst. Bei denjenigen Wellenlängen, bei denen die Reflexion von den aquatischen Pflanzenoberflächen minimal ist, bedeutet dies, dass genau diese jeweilige Wellenlänge stark absorbiert wird. Auf diese Weise sind die pflanzenspezifisch biochemisch optimalen Wellenlängen einfach ermittelbar und können so dann auf das Kunstlichtsystem gesteuert werden. Dies in Kombination mit dem Stellagensystem ermöglicht auch einen energiearmen Nachtzyklus der Schwachlichtpflanzen, und die Biomassenerträge können trotz dichter Stapelung bei den Schwachlichtfplanzen so optimiert werden. Mit anderen Worten, trotz dichter Stapelung werden somit die mixotrophen Stoffwechsel der genannten Pflanzen biomassenoptimal angeregt. 4 shows the control technology context. As artificial light system 9 is about the controller 10 varies in wavelength λ. Dependent on the respectively irradiated wavelength, the sensor value of the photosensor is detected. At those wavelengths where the reflection from the is minimal, this means that this particular wavelength is strongly absorbed. In this way, the plant-specific biochemically optimal wavelengths can be easily determined and can then be controlled to the artificial light system. This in combination with the Stellagensystem also allows a low-energy night cycle of low-light plants, and the biomass yields can be optimized despite dense stacking in the low-light plants so. In other words, despite dense stacking, the mixotrophic metabolism of said plants is thus stimulated optimally in terms of biomass.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bioreaktorbioreactor
22: StellagenanordnungRack arrangement
33: Stellagenrohr, aufrechtStellagenrohr, upright
44: Wannen für AquakulturTubs for aquaculture
55: Höhenversatzheight offset
66: Quertraverse,Crossbeam,
6'6 ': Quertraverse linksCrossbar on the left
6''6 '': Quertraverse rechtsCrossbar on the right
77: Rohrschellepipe clamp
88th: Diffus reflektierende OberflächenDiffuse reflective surfaces
99: KunstlichtsystemTungsten System
1010: Steuerung für KunstlichtsystemControl for artificial light system
1111: Photosensor, in ReflexionPhotosensor, in reflection
1212: Wasser(Abwärme/Kühlwasser)-EinspeisungWater (waste heat / cooling water) feedpoint
AA: LichteinfallschachtLight bay
BB: Kaminschachtchimney flue

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008050974 A1 [0002]

Claims

Means for culturing and propagation of aquatic plants in an at least partially closed bioreactor in which stacked aqua culture surfaces (water tanks) aquatic low light plants are reproduced on floors, characterized in that the floors stacked in troughs are placed in a rack arrangement, in which each two adjacent rows of rows each run in opposite directions obliquely upward, so that in each case two racks together with the trays placed thereon are arranged converging upwards, and that such groups of two racks are placed side by side in parallel, in such a way that over the entire width or length of the bioreactor, an alternating Change from up to converge and distancing Stellagenverläufe results.

Device according to claim 1, characterized in that in each case the two mutually upwardly converging shelves are a coherent, provided with support elements carrier system, and that the resulting at least below distance between the two sloping flanks results in an over the depth of the row of rows extending walkable service gear ,

Device according to claim 1 or 2, characterized in that between the rows of racks upwards as Aufwindtürme and at the same time for the static support of the Stellagenanordnung acting vertical chimneys are arranged, via which there is an automatic flow and mixing with CO ₂ -rich the bioreactor supplied air ,

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the support elements of the carrier system consist of profile carrier, such as T or double T-beams.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the support elements of the carrier system consist of tubes.

Device according to claim 5, characterized in that the necessary to support the trays cross members are fastened by means of pipe clamps on the pipe support system.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the individual floors are arranged to each other so that each two adjacent floors are at different heights to each other.

Device according to claim 7, characterized in that the height offset is in each case half the distance between two stacked trays.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the troughs otherwise have the same width.

Device according to claim one of the preceding claims, characterized in that between at least two of the stacked wells artificial light sources are also arranged for nocturnal stimulation of the plants, and that they are variable in the wavelength such that from the measured via light sensors reflectance of each of the respective aquatic plant species preferably absorbs absorbed wavelength automatically, and is automatically selectable via a control device, or adjustable.

Device according to claim one of the preceding claims, characterized in that in addition to the preferred wavelengths also a mixing proportion of 5% to 20% white light can be fed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least the undersides of the troughs consists of an at least diffusely reflecting surface.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that diffuse light scattering means are placed suspended between the shelves from top to bottom, which consists of a diffusely reflecting metal or plastic strip sewn into a coarse open fabric.

Device in particular according to claim 12, characterized in that reflection mirrors are provided which are placed on the bioreactor, or within the bioreactor at least above and optically correspond to the reflection means.

Device in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the vertical distances of the troughs (floors) to each other below are larger than above.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes of the rack assembly inside with water and / or water antifreeze and / or water-glycerol mixture and / or gas for cooling and heating of the bioreactor are flowed through, and that in the case of Heating operation for this low-temperature waste heat is used.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the bottom of the device is coated with scattered light reflecting coating, preferably coated with white microstructured color, and is provided with an algae killing substance.